Добавление дополнительных вычислительных узлов в квантовый компьютер будет налагать заметно больше издержек и задержек в передаче информации, чем считалось ранее, что устанавливает более низкие лимиты на их пиковую производительность, заявляют физики в статье, опубликованной в журнале Physics Review Letters.

«Предыдущие расчеты показывали, что квантовые компьютеры могут работать очень быстро, гораздо быстрее, чем кто-либо когда мог себе представить. Но за последние 10 лет никому так и не удалось найти свидетельств того, что информация может путешествовать с подобной скоростью», — заявил Майкл Фосс-Фейг (Michael Foss-Feigg) из Национального института технологий и стандартов США в Гейтерсбурге.

Главным отличием квантовых компьютеров от обычных вычислительных машин является то, что их ячейки памяти – так называемые кубиты – являются одновременно и вычислительными устройствами. По этой причине, их мощность ограничивается двумя факторами – числом кубитов и временными издержками на их синхронизацию и обмен информацией.

Фосс-Фейг и его коллеги попытались определить, насколько быстро кубиты могут обмениваться информацией, получать ее извне или передавать во «внешний мир». Как показывали предыдущие расчеты, издержки на добавление новых вычислительных узлов в квантовый компьютер были относительно невелики и росли медленно по мере увеличения сложности его конструкции. Это давало надежду на быстрое создание подобных устройств.

Эти радужные планы основывались на одном простом трюке – физики считали, что изменение состояния кубита будет влиять не только на его соседей, но и на более далекие ячейки информации. Благодаря этому информация должна была распространяться по системе экспоненциально, а не линейно, что должно было экономить огромную массу времени и открывает дорогу для практически неограниченной вычислительной мощности.

Как показывает практика последних 10 лет

в деле разработки квантовых компьютеров и расчеты Фосс-Фейг и его коллег, на самом деле все обстоит не так.

Кубиты ведут себя подобным образом лишь при их небольшом количестве, а по мере роста числа вычислительных ячеек распространение информации между ними будет носить все более линейный характер. Это накладывает серьезные ограничение на пиковую скорость квантовых компьютеров и их масштабирование.